[发明专利]油气管道在线应力超声测量装置

权利要求书

1.一种油气管道在线应力超声测量装置，包括：低功耗处理器、超声发射模块、超声接收模块、时间测量电路模块、液晶显示及交互模块、电源管理模块；其特征在于：超声发射模块将发射信号转换为一个100V以上的脉冲信号发送到超声探头，经过压电晶片转换为超声波经由油气管道壁发送到接收探头；超声接收模块为双通道逻辑信号发射和超声信号接收，用于接收信号的波形放大及整形，将接收的信号经过一系列的可编程控制处理之后作门槛鉴定和过零点判别，最终得到STOP数字信号；时间测量电路模块通过门延迟计时测量超声发射起始信号和截止信号的时间间隔，并将结果存储在寄存器中待低功耗处理器取得结果；液晶显示及交互模块用于系统管理及测量结果显示；电源管理模块用于为低功耗处理器、超声发射模块、超声接收模块、时间测量电路模块、液晶显示及交互模块供电，并配置充电管理单元；低功耗处理器用于系统管理、电源控制，对时间测量电路模块的多次测量结果进行滤波处理得到准确时间，并通过前期的大量实验拟合的时间应力曲线计算得出金属表面的应力，并控制结果在液晶显示及交互模块显示出来。

2.根据权利要求1所述的油气管道在线应力超声测量装置，其特征在于，低功耗处理器作为主控中心，控制超声发射模块、超声接收模块、时间测量电路模块、液晶显示及交互模块的芯片的初始化，控制超声发射的频率，控制超声接收电路的波形整形以及增益，控制发射电源的开启和关闭，读取测量时间结果，对多次测量结果进行滤波处理得到准确时间，并通过前期的大量实验拟合的时间应力曲线计算得出金属表面的应力，控制液晶显示屏的显示界面以及读取操作。

3.根据权利要求2所述的油气管道在线应力超声测量装置，其特征在于，超声发射模块将发射信号转换为一个100V以上的脉冲信号发送到超声探头，经过压电晶片转换为5MHz的超声波经由油气管道壁发送到接收探头；C37和C38为蓄电电容，L2为电感，隔离发射信号对前级的影响，R39是C35的充电限流电阻，Q1为高压大电流开关MOS管；D4与D5高压肖特基二极管，R27是阻尼电阻，抑制震荡，J1为发射SMA端子。

4.根据权利要求3所述的油气管道在线应力超声测量装置，其特征在于，超声接收模块用于接收信号的放大和整形，将接收的信号经过一系列的可编程控制放大之后作门槛鉴定和过零点判别，最终得到STOP数字信号。

5.根据权利要求4所述的油气管道在线应力超声测量装置，其特征在于，超声接收模块为双通道逻辑信号发射和超声信号接收，超声信号通过RX脚接收，然后经过一级低噪声固定增益的放大LNA，放大的信号由LNAOUT接收，经过C27电容高通滤波之后，进入可编程增益放大器PGA，由PGAOUT输出，后经过滤波网络由COMPIN进入比较单元，通过一系列的可编程信号处理，产生接收数字信号；同时，该模块集成了温度测量功能，由RTD脚接入PT1000温度传感器，经由可编程控制单元，可测得传感器实时温度。

6.根据权利要求5所述的油气管道在线应力超声测量装置，其特征在于，信号经过放大滤波后由VCOM脚进入比较器单元，其中COMPIN所指示的信号为接收实际信号波形的示意图，当信号的低峰值低于VTHLD时，比较器开始起作用，进行过零点比较产生STOP数字信号；STOP信号脉冲的个数由发射信号脉冲个数决定。

7.根据权利要求6所述的油气管道在线应力超声测量装置，其特征在于，飞行时间测量模块测量飞行时间，当收到START信号后开始使用门延迟计时，接收到STOP信号后停止计时，并将结果存储在寄存器中；时间测量电路模块电路的工作原理为，通过SPI接口写入命令，触发一次测量之后，由trigger脚产生trigger信号，促使发射模块发射信号，然后将发射的START信号返回给该模块，之后得到的STOP信号亦返还给该模块，当模块收到START信号后便开始进行门延迟计时，当STOP信号产生后，统计总共有多少个门被经过即可测得最终的时间波形飞行时间，并将结果存储在寄存器中待低功耗处理器取得结果。

8.根据权利要求7所述的油气管道在线应力超声测量装置，其特征在于，液晶显示及交互模块主要是用作结果显示以及系统相关信息的显示，通过触控切换不同的功能以及调出不同的界面。

9.根据权利要求8所述的油气管道在线应力超声测量装置，其特征在于，电源管理模块由12V的锂电池供电，并配置充电管理单元；由锂电池的12V通过DCDC降压为4.2V，然后由此电压采用LDO转换为3.3V的数字供电和3.6V的模拟供电；对于发射部分，先采用DCDC隔离的方式获取到隔离的12V电压作为隔离驱动电路输出电平的供电，然后通过光电倍增压的方式升压到200V为发射模块持续而稳定的电压。